混凝土柱大偏壓破壞試驗(yàn)報(bào)告

1、.混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)混凝土結(jié)構(gòu)基本原理試驗(yàn)課程作業(yè)混凝土構(gòu)件試驗(yàn)報(bào)告試驗(yàn)名稱混凝土柱大偏壓破壞試驗(yàn)試驗(yàn)日期2015-12-03試件編號ZB2姓名倪蔭豪學(xué)號1350871手機(jī)驗(yàn)課教師趙勇基本原理課教師薛偉辰目錄一試驗(yàn)?zāi)康?二試件設(shè)計(jì)32.1材料和試件尺寸32.2試件設(shè)計(jì)32.2.1試件設(shè)計(jì)依據(jù)32.2.2試件加載估算42.2.3設(shè)計(jì)結(jié)果及試件制作和預(yù)處理4三 材料試驗(yàn)53.1 混凝土材性試驗(yàn)53.2 鋼筋材性試驗(yàn)63.3本次材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)7四 試驗(yàn)過程84.1加載裝置84.2加載制度94.2.1單調(diào)分級加載機(jī)制94.2.2 承載力極限狀態(tài)

2、確定方法94.3量測與觀察內(nèi)容94.3.1縱筋應(yīng)變94.3.2混凝土平均應(yīng)變104.3.3側(cè)向撓度104.3.4裂縫104.4裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)11五 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析125.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理125.1.1荷載-側(cè)向撓度關(guān)系曲線125.1.2荷載-縱筋應(yīng)變關(guān)系曲線135.1.3荷載-混凝土應(yīng)變關(guān)系曲線135.1.4荷載-曲率關(guān)系曲線135.2 承載力分析14一 試驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^試驗(yàn)和觀察，認(rèn)識混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中大偏心受力構(gòu)件受力直至破壞的全過程，以便更好地掌握混凝土偏心受力構(gòu)件受力性能，進(jìn)而更為深刻地理解研究混凝土偏心受力構(gòu)件基本性能的試驗(yàn)方法。通過參加并完成此次大偏心受壓短柱試驗(yàn)，理解和掌握鋼筋混

3、凝土構(gòu)件的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)結(jié)果，通過實(shí)踐掌握試件的設(shè)計(jì)、試驗(yàn)結(jié)果整理的方法。通過寫出試驗(yàn)報(bào)告加深對混凝土結(jié)構(gòu)基本構(gòu)件受力性能的理解。二 試件設(shè)計(jì)2.1材料和試件尺寸 本試驗(yàn)選取的混凝土強(qiáng)度等級為C20,縱筋選用4fi12,箍筋選用fi6100. 試件的主要參數(shù)如表一所示。 表一 大偏壓柱試件主要參數(shù)試件尺寸（矩形截面）混凝土強(qiáng)度等級C20縱向鋼筋（對稱配筋）4fi12箍筋Fi6100保護(hù)層厚度15mm偏心距e0100mm2.2試件設(shè)計(jì)2.2.1試件設(shè)計(jì)依據(jù) 為減小“二階效應(yīng)”的影響，將試件設(shè)計(jì)為短柱，即控制通過調(diào)整軸向力的作用位置，即偏心距，使試件的破壞狀態(tài)為大偏心。2.2.2試件加載估算2.2

4、.3設(shè)計(jì)結(jié)果及試件制作和預(yù)處理按照下列詳圖進(jìn)行試件設(shè)計(jì)。 按照計(jì)算的設(shè)計(jì)進(jìn)行配筋，制作模板，綁扎鋼筋，澆灌混凝土，在20度左右的溫度和對濕度90%以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d。 在加載試驗(yàn)前，對試件表面進(jìn)行預(yù)處理，包括試件表面刷白處理、定位坐標(biāo)網(wǎng)格的劃分等。 試驗(yàn)前試件實(shí)際尺寸測量。測得參數(shù)如下表：3 材料試驗(yàn)3.1 混凝土材性試驗(yàn) 國家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010-2002）規(guī)定：混凝土強(qiáng)度等級應(yīng)按立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)確定；立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值系指標(biāo)準(zhǔn)方法制作養(yǎng)護(hù)的邊長為150mm的立方體試件，在28d齡期用標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的具有95保證率的抗壓強(qiáng)度。因此立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值是混凝土結(jié)

5、構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中混凝土各種力學(xué)指標(biāo)的基本代表值，根據(jù)混凝土強(qiáng)度等級，可以查閱混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的有關(guān)表格，以確定混凝土的軸心抗壓、軸心抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值和計(jì)值以及混凝土的彈性模量等。國家標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法（GB/T 50081-2002）規(guī)定：以邊長為150mm的立方體為標(biāo)準(zhǔn)試件，將標(biāo)準(zhǔn)立方體試件在20的溫度和相對濕度90以上的潮濕空氣中養(yǎng)護(hù)28d，按照標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法測得的抗壓強(qiáng)度作為混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度，單位為N/mm2（MPa）?；炷亮⒎襟w抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)步驟應(yīng)按下列方法進(jìn)行：（1）試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，將試件表面與上下承壓板面擦干凈；（2）將試件安放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板或墊板

6、上，試件的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面垂直。試件的中心應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對準(zhǔn)，開動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡；（3）在試驗(yàn)過程中應(yīng)連續(xù)均勻地加荷，混凝土強(qiáng)度等級<C30時(shí)，加荷速度取每秒0.30.5MPa；混凝土強(qiáng)度等級C30且<C60時(shí)，取每秒0.50.8MPa；混凝土強(qiáng)度等級C60時(shí)，取每秒0.81.0MPa；（4）當(dāng)試件接近破壞開始急劇變形時(shí)，應(yīng)停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至破壞。然后記錄破壞荷載。混凝土立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算及確定按下列方法進(jìn)行：（1）混凝土立方體抗壓強(qiáng)度應(yīng)按下式計(jì)算：式中，fcc為混凝土立方體試件抗壓強(qiáng)度；F為試件破壞荷載A為試件承壓面積

7、（2）強(qiáng)度值的確定應(yīng)符合下列規(guī)定：以三個(gè)試件為一組，每組試件所用的拌合物應(yīng)從同一盤混凝土或同一車混凝土中取樣；三個(gè)試件測值的算術(shù)平均值作為該組試件的強(qiáng)度值（計(jì)算應(yīng)精確至0.1MPa）；三個(gè)測值中的最大值或最小值中如有一個(gè)與中間值的差值超過中間值的15時(shí)，則把最大及最小值一并舍除，取中間值作為該組試件的抗壓強(qiáng)度值；如最大值或最小值與中間值的差值均超過中間值的15，則該組試件的試驗(yàn)結(jié)果無效。混凝土強(qiáng)度等級<C60時(shí)，用非標(biāo)準(zhǔn)試件測得的強(qiáng)度值均應(yīng)乘以尺寸換算系數(shù)，其值為對200mm×200mm×200mm試件為1.05；對100mm×100mm×100m

8、m試件為0.95。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級C60，宜采用標(biāo)準(zhǔn)試件。3.2 鋼筋材性試驗(yàn)  本次試驗(yàn)為鋼筋單調(diào)加載拉伸試驗(yàn)。  鋼筋試樣采用不經(jīng)切削加工原截面鋼筋。根據(jù)各類鋼筋標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的伸長率標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)機(jī)上、下夾頭的最小距離，夾頭高度等因素決定其試件長度，基本長度02LLh=+，其中L0為5 d0（d0為鋼筋直徑）；h為夾頭長度，通常取100mm左右。對于圓形截面鋼筋的直徑應(yīng)在標(biāo)距L0的兩端和中間測量，應(yīng)在每處的兩個(gè)相互垂直的方向上各測一次，取其算術(shù)平均值，選用三處中的最小直徑計(jì)算橫截面面積。對于熱軋帶肋鋼筋，按其公稱直徑計(jì)算橫截面面積。 

9、鋼筋試樣在彈性范圍內(nèi)，試驗(yàn)機(jī)的加載速率應(yīng)在330MPa/s范圍內(nèi)，并保持試驗(yàn)機(jī)控制器固定于這一速率位置上，直至獲得屈服點(diǎn)和上屈服點(diǎn)；測定下屈服點(diǎn)時(shí)，應(yīng)變速率在0.000250.0025/s范圍內(nèi)，并保持恒定。屈服段過后，試驗(yàn)機(jī)兩夾頭在力作用下的分離速率不超過0.5Lc/min（Lc為兩夾頭的鋼筋試樣凈長）。3.3本次材料的試驗(yàn)數(shù)據(jù)試塊留設(shè)時(shí)間：2015年10月11日試塊試驗(yàn)時(shí)間： 2015年12月3日試塊養(yǎng)護(hù)條件：與試件同條件養(yǎng)護(hù)試件尺寸150mm×150mm×300mm實(shí)測軸心抗壓荷載/kN平均軸心抗壓強(qiáng)度/MPa推定立方體抗壓強(qiáng)度/MPa推定軸心抗拉強(qiáng)度/MPa推定彈性

10、模量/GPa557.925.533.62.730.9552.3548.5583.5575.6584.4注：軸心抗壓強(qiáng)度、軸心抗拉強(qiáng)度、彈性模量根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2010推定。鋼筋強(qiáng)度實(shí)測結(jié)果公稱直徑/mm屈服荷載/kN極限荷載/kN屈服強(qiáng)度平均值/MPa極限強(qiáng)度平均值/MPa試件平均試件平均6光圓11.611.316.015.740055611.215.611.215.68光圓19.018.523.222.936845618.422.418.023.210光圓282740373444762532284010帶肋39.9939.7850.0649.905066353

11、9.4949.7139.8749.9312帶肋606271735486466374627314帶肋686991924485987494669018帶肋15414516216457064515216412816522帶肋1621602002004215261582001602004 試驗(yàn)過程4.1加載裝置偏心受壓試驗(yàn)的加載裝置如圖所示。采用千斤頂加載，支座一端為固定鉸支座，另一端為滾動(dòng)鉸支座。鉸支座墊板應(yīng)有足夠的剛度，避免墊板處混凝土局壓破壞。4.2加載制度4.2.1單調(diào)分級加載機(jī)制在正式加載前，為檢查儀器儀表讀數(shù)是否正常，需要預(yù)加載，預(yù)加載所用的荷載是分級荷載的前1級。正式加載的分級情況為：在

12、達(dá)到預(yù)計(jì)的受壓破壞荷載的80之前，根據(jù)預(yù)計(jì)的受剪破壞荷載分級進(jìn)行加載，每級荷載約為破壞荷載的20，每次加載時(shí)間間隔為15分鐘；當(dāng)達(dá)到預(yù)計(jì)的受壓破壞荷載的80以后，拆除所有儀表，然后加載至破壞，并記錄破壞時(shí)的極限荷載。4.2.2 承載力極限狀態(tài)確定方法對柱試件進(jìn)行偏壓承載力試驗(yàn)時(shí)，在加載或持載過程中出現(xiàn)下列標(biāo)記即可認(rèn)為該結(jié)構(gòu)構(gòu)件已經(jīng)達(dá)到或超過承載力極限狀態(tài)，即可停止加載：受壓區(qū)混凝土的壓碎破壞；對有明顯物理流限的熱軋鋼筋，其受拉主筋的受拉應(yīng)變達(dá)到0.01；受拉主鋼筋拉斷；受拉主鋼筋處最大垂直裂縫寬度達(dá)到1.5mm。  4.3量測與觀察內(nèi)容4.3.1縱筋應(yīng)變由布置在柱內(nèi)部縱筋表

13、面的應(yīng)變計(jì)量測，鋼筋應(yīng)變測點(diǎn)布置見下圖。4.3.2混凝土平均應(yīng)變由布置在柱內(nèi)部縱筋表面和柱表面混凝土上的應(yīng)變計(jì)量測，混凝土應(yīng)變測點(diǎn)布置見下圖。4.3.3側(cè)向撓度柱長度范圍內(nèi)布置5個(gè)位移計(jì)以測量柱側(cè)向撓度，側(cè)向撓度測點(diǎn)布置見下圖。4.3.4裂縫試驗(yàn)前將柱四面用石灰漿刷白，并繪制50mm×50mm的網(wǎng)格。試驗(yàn)時(shí)借助放大鏡用肉眼查找裂縫。構(gòu)件開裂后立即對裂縫的發(fā)生發(fā)展情況進(jìn)行詳細(xì)觀測，用讀數(shù)放大鏡及鋼直尺等工具量測各級荷載(0.4Pu0.7Pu)作用下的裂縫寬度、長度及裂縫間距，并采用數(shù)碼相機(jī)拍攝后手工繪制裂縫展開圖，裂縫寬度的測量位置為構(gòu)件的側(cè)面相應(yīng)于受拉主筋高度處。最裂縫寬度應(yīng)在使用狀

14、態(tài)短期試驗(yàn)荷載值持續(xù)15min結(jié)束時(shí)進(jìn)行量測。4.4裂縫發(fā)展及破壞形態(tài)試驗(yàn)前構(gòu)件尺寸為b×h×l120×120×870mm，未有肉眼可見裂縫。試驗(yàn)前構(gòu)件如下圖所示。當(dāng)荷載較小時(shí)，構(gòu)件處于彈性階段，受壓區(qū)及受拉區(qū)混凝土和鋼筋的應(yīng)力都較小，構(gòu)件中部的水平撓度隨荷載線性增長。隨著荷載的不斷增大，受拉區(qū)的混凝土首先出現(xiàn)橫向裂縫而退出工作，遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)鋼筋的應(yīng)力及應(yīng)變增速加快；接著受拉區(qū)的裂縫不斷增多，并向壓區(qū)延伸，受壓區(qū)高度逐漸減小，受壓區(qū)混凝土應(yīng)力增大。當(dāng)遠(yuǎn)離軸向力一側(cè)鋼筋應(yīng)變達(dá)到屈服應(yīng)變時(shí)，鋼筋屈服，截面處形成一主裂縫。當(dāng)受壓一側(cè)的混凝土壓應(yīng)變達(dá)到其極限抗

15、壓應(yīng)變時(shí)，受壓區(qū)較薄弱處的某處出現(xiàn)縱向裂縫，混凝土被壓碎而使構(gòu)件破壞。此時(shí)，靠近軸向力一側(cè)的鋼筋也達(dá)到抗壓屈服強(qiáng)度，混凝土壓碎區(qū)大致層三角形。試驗(yàn)后的破壞形態(tài)如下圖。裂縫圖見附錄。 5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析5.1試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理5.1.1荷載-側(cè)向撓度關(guān)系曲線 （圖中撓度曲線是用半高處位移減去兩端位移均值得到的）分析：位移計(jì)6測量的是柱半高處的水平撓度?？梢姡?dāng)荷載較小時(shí)，構(gòu)件處于彈性階段，受壓區(qū)及受拉區(qū)混凝土和鋼筋的應(yīng)力都比較小，構(gòu)件中部的水平撓度與荷載呈類似于線性增長關(guān)系。當(dāng)構(gòu)件被破壞后，構(gòu)件呈現(xiàn)塑性。即使荷載不變甚至下降，半高處撓度也在增長。5.1.2荷載-縱筋應(yīng)變關(guān)系曲線分析：初始階段，鋼筋

16、應(yīng)變和荷載大致呈線性關(guān)系，基本符合平截面假定。但是在整個(gè)破壞過程中受壓鋼筋并沒有屈服，說明鋼筋配的過多，當(dāng)構(gòu)件破壞時(shí)縱筋并未屈服。5.1.3荷載-混凝土應(yīng)變關(guān)系曲線 混凝土應(yīng)變可由混凝土截面各個(gè)高度處的位移除以位移計(jì)長度獲得。、分析：當(dāng)荷載較小時(shí)，混凝土應(yīng)變與荷載基本呈線性關(guān)系。但當(dāng)荷載較大，構(gòu)件處于塑性階段時(shí)，應(yīng)變出現(xiàn)較大的突變。5.1.4荷載-曲率關(guān)系曲線在本次試驗(yàn)中，在柱中間截面上設(shè)置了1-4號位移計(jì)，根據(jù)曲率的定義可由以下公式計(jì)算曲率: 說明：， 一號，四號位移計(jì)的數(shù)據(jù) S 位移計(jì)長度，本次試驗(yàn)取的150mm 截面高度，本次試驗(yàn)取得90mm根據(jù)1至4號位移計(jì)布置的相對關(guān)系，可認(rèn)為1號位移計(jì)的數(shù)據(jù)>2號>3號>4號（比較時(shí)，含正負(fù)號）。又參考實(shí)際傳感器采集到的數(shù)據(jù)的相對大小，可認(rèn)為97號數(shù)據(jù)對于1號位移計(jì)數(shù)據(jù)，9-5號位移計(jì)對應(yīng)四號位移計(jì)數(shù)據(jù)。由以上可得出下圖，(圖中數(shù)據(jù)僅取了荷載=63.8kN之前的數(shù)據(jù)) 由圖可見，曲率隨荷載的變化有兩個(gè)階段。第一個(gè)是線性階段，第二個(gè)是屈服階段，荷載基本不變而曲率增加。5.2 承載力分析試驗(yàn)預(yù)估承載力為59.67kN, 但是預(yù)估破壞模式